具有远程散射元件和全内反射提取器元件的发光设备的制造方法_2

文档序号:8435999阅读:来源:国知局
115界定的开口中。根据实施方案,发光设备100可具 有通常圆锥形、环形、细长或其它形状。该样的形状可W相对于平面或轴是对称的或不对称 的。例如,发光设备100可具有关于光轴的连续或离散旋转对称性。该样的光轴可交叉或 可W在发光设备100的外部。
[0029] 通常,底部基底150相对于输入表面115支承发光元件110。在发光设备100中, 底部基底150具有发光元件110被放置于的凹部和侧表面155。侧表面155可W是反射的 (例如反射镜或高反射性扩散散射表面),且由发光元件110发射的光的至少一部分朝着散 射元件120由侧表面155反射。散射元件120和底部基底150 -起围住发光元件110并形 成机壳140。发光元件110被示为具有圆顶形封装用于有效的光提取。虽然发光元件110 在本文的附图中被示为单个元件,对本领域中的技术人员很明显,发光元件110可包括多 个发射器,例如在单个封装中的发射器的阵列或都布置在机壳140内的底部基底上的发光 元件的阵列。
[0030] 散射元件120在图1A所示的实施方案中实质上是平面的,且底部基底的凹部被成 形为使得发光元件110与散射元件120间隔开。在散射元件包括磯光体的实施方案中,该 样的散射元件可被称为"远程磯光体"。机壳140填充有介质(例如气体,例如空气或惰性 气体)。散射元件120禪合到提取器元件130W形成包括散射元件120和提取器元件130 之间的接触区或由散射元件120和提取器元件130之间的接触区界定的光学界面125,提 取器元件130通过光学界面125接收由散射元件120输出的光。光学界面125与散射元件 120的输入表面115相对。散射元件120具有实质上一致的厚度,使得在光学界面125和散 射元件120的输入表面115之间的距离在整个光学界面125上是近似不变的。
[0031] 散射元件120包括弹性散射中屯、、非弹性散射中屯、或弹性和非弹性散射中屯、。非 弹性散射中屯、将从发光元件110接收的至少一些光(例如累浦光)转换成较长波长的光。 例如,发光兀件110可发射藍光,且散射兀件120可包括将藍光转换成黄光的非弹性散射中 屯、(例如磯光体)。弹性散射中屯、各向同性地散射从发光元件110接收的至少一些光而不 改变光的波长。换句话说,弹性散射中屯、使入射光的传播方向随机化而不改变其波长。该 些散射中屯、散射来自发光元件110的光和非弹性地从其它散射元件散射的光。结果是在方 向上实质上各向同性的光和来自发光元件110的光和较长波长非弹性散射光的光谱混合。 该个混合光通过光学界面125由提取器元件130接收。
[0032] 散射元件的例子包括例如也被称为光致发光的光转换材料或颜色转换材料。光转 换材料可包括光致发光物质、巧光物质、磯光体、量子点、基于半导体的光学转换器等。光转 换材料也可包括稀±元素。光转换材料可由可分散或溶解在散射元件120中的固体微粒或 巧光分子(例如有机染料)组成。散射元件120可包括具有不同的特性例如将累浦光转换 成具有不同范围的波长的光的光转换材料的混合物或弹性散射中屯、和包括光转换材料的 非弹性散射中屯、的混合物。例如,非弹性散射巧光染料分子可连同具有与散射元件120的 基本材料不同的折射率的固体弹性散射微粒一起溶解在散射元件120的基本材料中。
[0033] 散射元件120可被形成为与提取器元件130分离的零件,或它可整体地被形成为 在提取器元件130内的区。例如,散射元件120可被形成为具有分散在其体积内并遍及其 体积的散射中屯、的一块透明材料,或形成为具有沉积在其一个或两个表面上的散射中屯、的 无阻碍基底。在一些实施方案中,散射元件120可W是具有沉积在输入表面115上的散射 中屯、或具有沉积在与输入表面115相对的表面,即,相邻于光学界面125的表面上或在该两 个表面上的散射中屯、的无阻碍基底。在一些实施方案中,可通过将散射中屯、分散到在发光 元件110附近的提取器元件的薄区内或通过将提取器元件包覆模制到散射元件中W形成 与提取器元件一起被集成为单个零件的散射元件来形成散射元件。
[0034] 在某些实施方案中,最小化在散射元件120中起源并进入提取器元件130中的光 的光反射损耗是合乎需要的,如稍后将更详细讨论的。如果散射元件120被形成为与提取 器元件130分离的零件,则散射元件120可被放置成在发光设备100的组装期间例如使用 压力与提取器元件130光学接触,或两个零件120和130可沿着光学界面125经由浸没例如 一层透明光学粘合剂来连接,或散射元件120和提取器元件130可例如整体地形成。在本文 讨论如果散射元件120的折射率接近提取器元件130的折射率则可出现的效应。因此,散 射元件120的折射率可W指一个或多个化合物的折射率或其平均折射率。根据实施方案, 散射元件的化合物可包括一种或多种宿主材料、嵌入其中的散射元件和/或其它化合物。
[0035] 提取器元件130由透明材料例如透明玻璃或透明有机聚合物(例如娃酬、聚碳酸 醋或丙締酸醋聚合物)形成。提取器元件130具有一个或多个侧表面138和出射表面135。 侧表面138定位和成形为使得在由散射元件120输出并直接射在侧表面138上的光的侧表 面138上的入射角等于或大于全内反射的临界角。因此,侧表面138配置成提供全内反射 (TIR)并朝着出射表面135反射射在侧表面138上的实质上所有光。例如,光线126和128 由散射元件120输出并经由TIR朝着出射表面135由侧表面138重定向。出射表面135是 透明表面,由提取器元件130接收的光通过该透明表面被输出。注意,虽然侧表面138在图 1A中被示为延伸W与出射表面135共用公共角或边缘,其它配置是可能的,例如提取器元 件可具有影响小部分光线的集成安装或定位特征或表面。类似地,虽然侧表面138被示为 终止于光学界面125的扁平延伸部分,侧表面的下角或边缘可紧邻散射元件的外边缘而终 止。
[0036] 图IB示出具有扁平光学界面125的发光设备的截面图,其中在光学界面125处的 散射元件的宽度实质上与提取器的底部的宽度相同。提供紧凑的窄提取器元件130的侧表 面138'的剖面遵循方程(方程1) ;R(t) =Exp(t*Tan(g)),假设光学界面125是一个单位 宽。在该里R(t)是在相对于X轴的角度t下离侧表面138'上的点P的坐标系的原点的距 离。对于确保在扁平光学表面处起源的所有光线的TIR的紧凑提取器,g等于由t_crit= Arcsin(n_ambient/n_extracto;r_element)给出的全内反射t_crit的临界角。通常,方程 1描述被称为等角螺线(也被称为对数螺线)的曲线,其为可实现TIR条件的紧凑形状。
[0037] 为了提供直接从扁平光学界面125发出的所有光线的TIR,g大于或等于临界角。 例如可基于大于临界角的参数g来使提取器成形,如果制造公差需要被补偿W维持在侧表 面处的TIR。如果周围介质具有实质上1的折射率11_31]11316]11:,则紧凑提取器的R(t)可被 表示为R(t) =Exp(t/Sqrt(n_extractor_element-2-l)),其中n_extractor_element是光 学提取器130的折射率。
[0038] 根据实施方案且如图1A所示,在光学界面125处的提取器元件130可W比散射 元件120宽。如果光学界面125的底部比散射元件120宽,则侧表面的形状可遵循上面提 到的方程,可在Z方向上扩大,同时维持TIR反射的临界角条件,或具有例如另一形状。此 夕F,提取器元件130的高度通常由根据上面的方程1提供相应的半径R(t_max)的最大角 巧rror!Referencesourcenotfound.t_max)确定,但可被系统的其它方面例如从侧表 面反射的光线的角展度、在侧表面的不同点之间的串扰或例如其它方面限制。注意,提取器 元件可具有不同或相同形状的两个或多个侧表面。
[0039] 根据实施方案,如果W特定的方式使侧表面成形,则可提供光线的角展度的控 审IJ。例如,可使侧表面的一个或多个部分成形W确保从侧表面反射的光线保持在出射角的 规定范围内。可使用下面的方程(方程2)来定义该样的形状;R(t) =k/(l-Cos[d-t]), t〉d+2g-Pi,该确保反射光线的出射角不超过角参数d。相对于X轴来测量包括出射角的所
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